ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дифференциальные уравнения траекторий процесса непрерывной ректификации из "Физико-химические основы дистилляции и ректификации" Любая ректификационная установка состоит из ректификационной колонны и теплообменников, из которых кипятильник генерирует паровой поток V, поднимающийся в колонну снизу вверх, а конденсатор конденсирует пар, поступающий из верхней части колонны. При непрерывной ректификации сверху и снизу колонны непрерывно отбираются потоки дистиллята D и кубового продукта W. Часть конденсата направляется на орошение колонны и образует поток флегмы L. Исходная смесь F поступает в среднюю часть колонны. [c.131] Схема работы ректификационной колонны непрерывного действия изображена на рис. VI, 1. [c.131] Физическая сущность процесса ректификации заключается в двустороннем массо- и теплообмене между неравновесными потоками флегмы L, стекающей вниз, и пара V, поднимающегося вверх по колонне. В результате массообмена пар обогащается компонентами, понижающими его температуру конденсации, а жидкость — компонентами, повышающими ее температуру кипения. [c.131] Схема потоков в ректификационной колонне непрерывного действия. [c.132] Простейшей моделью ректификационного аппарата с непрерывным изменением состава контактирующих фаз является модель идеального вытеснения по обеим фазам, которая может рассматриваться как первое приближение к процессам, протекающим, например, в пленочных или насадочных колоннах. [c.132] С целью получения дифференциальных уравнений, описывающих траектории ректификации в аппарате идеального вытеснения, введем ряд упрощающих предположений [90]. Прежде всего примем, что в процессе массопереноса все эффекты наложения — как температурные, так и концентрационны е — равны нулю. Следовательно, скорость потока массы компонента через границу раздела фаз пропорциональна движущей силе, обусловленной разностью его концентраций внутри турбулентного ядра потока отдельной фазы и на границе раздела контактирующих фаз. При этом масса турбулентного ядра, по сравнению с массой диффузионного слоя, примыкающего к границе раздела, настолько велика, что состав этого ядра может быть отождествлен с брутто составом потока фазы в целом. На границе раздела фаз имеет место фазовое равновесие. [c.132] Здесь ёд — суммарный поток компонента в единицу времени через границу раздела фаз (положителен при переходе компонента из жидкости в пар) г/ , х — равновесные концентрации на границе раздела фаз в парах и жидкости, соответственно уи Х — концентрации в ядрах потоков Р —некоторые эмпирические коэффициенты, характеризующие гидродинамический режим контактирующих потоков ёР — площадь элемента поверхности раздела фаз. [c.133] Впервые некоторые частные случаи уравнений (VI, 6) и (VI, 7) рассмотрены в работе [91]. Автору удалось получить интегральные формы указанных уравнений для тройных смесей с постоянной относительной летучестью. Затем они были приведены [92] в более общем случае. Анализ этих уравнений для двойных и тройных систем осуществлен также в работах [90, 93]. [c.134] В общем случае ректификационная колонна непрерывного действия может иметь несколько вводов исходного сырья и несколько выводов промежуточных фракций. Тогда каждой секции колонны, заключенной между сечениями промежуточных вводов и выводов фракций различного состава, соответствует своя величина т, а следовательно, и свои сопряженные системы уравнений (VI, 6), (VI,9), (VI, 11) и (VI,7), (VI, 10), (VI, 12). Отметим, что для самой верхней секции, примыкающей к конденсатору, т С 1, а для самой нижней секции, примыкающей к кипятильнику, т I. [c.135] О —дистиллят. Стрелками показано направление движения потоков жидкой и паровой фаз. [c.136] Здесь г/ —концентрация в парах, равновесная ядру потока жидкой фазы. [c.136] Здесь X — концентрация в жидкости, равновесная ядру потока паровой фазы. [c.137] Исследование свойств решений дифференциальных уравнений, приведенных выше, позволяет выяснить закономерности процессов ректификации. Для этой цели воспользуемся уравнениями (VI, 6), (VI, 7), (VI, 9) —(VI, 12), которые не требуют дополнительных ограничений, по сравнению с общепринятыми допущениями. [c.137] Остановимся, прежде всего, на понятии об особых точках дифференциальных уравнений непрерывной ректификации. Будем относить к особым те точки диаграммы интегральных кривых, в которых dxiIdH = dyiIdH = О, i=l, 2,. .., n—l. В ректификационных колоннах достаточной высоты (эффективности) с наличием особых точек связано образование зон постоянного или почти постоянного состава. Условие возникновения особых точек будет вы- полнено в следующих случаях 1) для всех компонентов /С /ст, = 1, причем y] = Vi и = 2) для части компонентов K o фl, но у[ = у, = 0 и л = л , = 0, а для части — справедливо равенство Первый случай соответствует особой точке, лежащей внутри концентрационного симплекса, второй — особой точке, расположенной на одном из его граничных элементов. [c.137] В частном случае, когда / j=l и о,.= 1, очевидно у] = х] = = y, = Xi,4T0 соответствует условию появления особой точки динамической системы открытого испарения (см. главу II). Последнее возможно, если состав дистиллята или кубового продукта соответствует азеотропу или чистому компоненту. Особые точки такого типа порождают на концах ректификационной колонны зоны постоянного состава (xw = onst, Xiw = onst, Я- oo). [c.137] Случай такого совпадения, порождающий образование особых точек для траекторий ректификации как паровой фазы, так и жидкой, изображен на рис. VI, 3. Характерно, что обе сопряженные особые точки рассматриваемого класса сдвинуты относительно друг друга на длину ноды жидкость — пар, чего не наблюдалось для систем равновесного испарения. Отметим, что частным случаем такого расположения ноды является режим минимального орощения, соответствующий появлению зон постоянного состава в средних частях ректификационной колонны. [c.138] Вернуться к основной статье